素粒子物理学の私たちの最高のモデルは、宇宙のすべての奇妙さを封じ込めようと奮闘している継ぎ目で破裂しています。南極での一連の奇妙な出来事のおかげで、今、それがポップする可能性はこれまでになく高いようです…
この支配的な物理学パラダイムである標準モデルの死は、何十年にもわたって予測されてきました。私たちがすでに持っている物理学にその問題のヒントがあります。実験室実験の奇妙な結果は、標準モデルで説明されている3つを超えるニュートリノの幽霊のような新しい種のちらつきを示唆しています。そして、宇宙は暗黒物質でいっぱいであるように見えますが、標準モデルのどの粒子も説明できません。
しかし、最近の食欲をそそる証拠は、いつかこれらのあいまいなデータのストランドを結びつけるかもしれません：2016年以来3回、超高エネルギー粒子が南極の氷を吹き飛ばし、南極インパルス過渡アンテナ（ANITA）実験で検出器を始動させました。凍った表面のはるか上にあるNASAの気球からぶら下がっている機械。
2018年にLive Scienceが報告したように、これらのイベントは、後に埋め込まれた南極のニュートリノ天文台IceCubeで検出されたいくつかの追加の粒子とともに、標準モデルの粒子の予想される動作と一致しません。粒子は超高エネルギーニュートリノのように見えます。しかし、超高エネルギーニュートリノは地球を通過することができないはずです。これは、他の種類の粒子（これまでに見られたことのない粒子）が冷たい南の空に飛んでいくことを示唆しています。
現在、新しい論文で、IceCubeに取り組んでいる物理学者のチームは、これらの粒子に関する最後の残りの標準モデルの説明の1つに大きな疑念を投げかけています：宇宙で加速する巨大なニュートリノ銃は、地球に激しいニュートリノ弾を定期的に発射します。私たちの北の空のどこかにある多動型ニュートリノ銃のコレクションは、地球の南端から発射される粒子を検出するのに十分な量のニュートリノを地球に向けて爆破した可能性があります。しかし、IceCubeの研究者たちはそのコレクションの証拠を見つけられませんでした。これは、神秘的な粒子を説明するために新しい物理学が必要であることを示唆しています。
理由を理解するには、これらのミステリーパーティクルが標準モデルにとって非常に不安定である理由を知ることが重要です。
ニュートリノは、私たちが知っている最も弱い粒子です。それらは検出するのが難しく、ほぼ無質量です。彼らは常に私たちの惑星を通過します-ほとんどが太陽から来て、私たちの体と私たちの足の下の土を構成する陽子、中性子、電子と衝突することはほとんどありません。
しかし、深宇宙からの超高エネルギーニュートリノは、低エネルギーのいとことは異なります。低エネルギーニュートリノよりもはるかにまれで、より広い「断面積」を持っています。つまり、他の粒子を通過するときに、他の粒子と衝突する可能性が高くなります。超高エネルギーニュートリノが地球を無傷で通過する確率は非常に低いため、発生を検出することはできません。そのため、ANITAの検出結果は驚くべきものでした。つまり、宝くじが2回当選し、チケットを購入し始めるとIceCubeが2、3回当選したかのようでした。
そして、物理学者は、彼らが協力しなければならなかった宝くじの数を知っています。多くの超高エネルギー宇宙ニュートリノは、ビッグバンのかすかな残光である宇宙マイクロ波背景（CMB）と宇宙線の相互作用から生じます。時々、これらの宇宙線は、地球に高エネルギー粒子を発射するための正しい方法でCMBと相互作用します。これは「フラックス」と呼ばれ、空中で同じです。 ANITAとIceCubeの両方で、各センサーでの宇宙ニュートリノフラックスがどのように見えるかをすでに測定しており、どちらの検出器でも地球から飛んでいるニュートリノを一度でも検出するのに十分な高エネルギーニュートリノが生成されない。
「ANITAによって検出されたイベントがこの拡散ニュートリノ成分に属している場合、ANITAは他の仰角で他の多くのイベントを測定しているはずです」とIceCubeに取り組んでいるジュネーブ大学の物理学者であるアナスタシアバルバノは言った。
しかし理論的には、空全体のフラックスを超えて超高エネルギーのニュートリノ源が存在している可能性がある、とバルバノはライブサイエンスに言った：それらのニュートリノ銃、または宇宙加速器。
「超高エネルギー宇宙線とCMBの相互作用によって生成されるニュートリノの問題ではない場合、観測されるイベントは、特定の時間間隔で個々の宇宙加速器によって生成されるニュートリノである可能性があります。バルバノは言った。
彼女は、ブレイザー、活動銀河核、ガンマ線バースト、スターバースト銀河、銀河合体、および磁化され高速回転する中性子星はすべて、この種の加速器の有力な候補であると述べた。そして宇宙ニュートリノ加速器が宇宙に存在することを私たちは知っています。 2018年、IceCubeは高エネルギーのニュートリノを追跡して、遠方の銀河の中心にあるアクティブなブラックホールから発生する粒子の強いジェットであるブレザーを追跡しました。
バルバノ氏によると、ANITAは最も極端な高エネルギーニュートリノのみをピックアップし、上向きに飛ぶ粒子が標準モデルからの宇宙加速器でブーストされたニュートリノである場合-おそらくタウニュートリノである場合、ビームはより低いシャワーで発生するはずである-IceCubeの低エネルギー検出器を作動させるエネルギー粒子。
「私たちはIceCubeデータの7年間のイベントを探しました」-バルバノ氏は、ANITA検出の角度と長さに一致するイベントは、地球上で発射されている宇宙ニュートリノ銃のかなりのバッテリーがある場合に見つかるはずです。これらの進行中の粒子を生成します。しかし、誰も現れませんでした。
彼らの結果は、そこにある加速器源の可能性を完全に排除するものではありません。しかし、それらは可能性の範囲を「厳しく制約」し、宇宙加速器ともっともらしくない多くのものを含む最も可能性の高いシナリオをすべて排除します。
「私たちが一般に伝えたいメッセージは、標準モデルの天体物理学的説明は、どのようにそれをスライスしても機能しないということです」とバルバノ氏は語った。
研究者は次に何をすべきか知りません。バルバノ氏によると、ANITAもIceCubeも必要なフォローアップ検索に理想的な検出器ではなく、研究者たちはこれらの不可解な粒子に関する仮定の基礎となるデータがほとんど残っていません。それは、ほんの一握りのピースから巨大なジグソーパズルの絵を理解しようとするようなものです。
現在のところ、標準モデル以外の「無菌」ニュートリノの4番目の種や理論的な暗黒物質の種類など、多くの可能性が限られたデータに適合しているようです。これらの説明はどれも革命的です。hjhしかし、まだ強く支持されているものはありません。
「次世代のニュートリノ検出器を待たなければならない」とバルバノ氏は語った。
